借助于偏振筆的非接觸式控制的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電行業(yè)，更具體而言，涉及用于非接觸式數(shù)據(jù)控制和輸入的方法和
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【背景技術】
[0002]實際上，具有多種方法和裝置，通過所謂的呈現(xiàn)器或標記的形式用于遠程數(shù)據(jù)輸入。應用這些方法和裝置，以實現(xiàn)通過習慣性臂部運動輸入PC內(nèi)的數(shù)據(jù)的交替方法。還具有一種基于視頻的手勢識別的技術，用于軟件的非接觸式控制。
[0003]用于非接觸式數(shù)據(jù)控制和輸入的那些呈現(xiàn)器和標記的缺點是裝置本身的低定位精度和大尺寸。基于視頻的手勢識別的技術的缺點是視頻數(shù)據(jù)處理的復雜性造成的低定位精度和低響應速度。
[0004]發(fā)明名稱為“使用激光標記的非接觸式控制的方法以及用于實現(xiàn)其的激光標記系統(tǒng)”的發(fā)明(俄羅斯申請?zhí)?012102208)用作原型。用于非接觸式數(shù)據(jù)控制和輸入的這個原型有激光標記和接收器構(gòu)成，通過接收器，能夠識別激光標記相對于接收器的空間位置；然后，這個位置解譯成控制命令，尤其以便控制在監(jiān)視屏上的光標，連接至PC的接收器安裝在該監(jiān)視屏上。還能夠基于相對于接收器的激光標記的空間位置的檢測，執(zhí)行3D定位，用于其用于計算機游戲、模擬器、圖形應用、操縱器和裝置的遙控等目的。
[0005]在第一版本中的這個原型的缺點是昂貴的接收器，該接收器包括具有圍繞屏幕的周長固定的框架的形式的大量光電探測器。
[0006]在第二版本中的這個原型的缺點是通過其進一步旋轉(zhuǎn)將激光光束轉(zhuǎn)化成平面的復雜機構(gòu)。使用機械部件，降低了裝置的可靠性并且提高了功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是產(chǎn)生一種基于其他光學工藝的由偏振標記以及接收器構(gòu)成的全新裝置，由于去除了機械部件，所以這允許使該裝置更便宜并且更可靠。
【具體實施方式】
[0008]由于連接至處理來自偏振計的信號的微處理器4的偏振計3安裝在位于計算機顯示器或電視機、或投影屏幕、或任何其他裝置的工作平面2內(nèi)的接收器I上(見圖1)，所以實現(xiàn)這個目標。由來自偏振標記5的光脈沖形成信號。偏振標記本身由空心圓柱偏振器6 (圖2)、在紅外光譜內(nèi)發(fā)出的光源7、反射器8、透鏡9和10、以及透明外殼11構(gòu)成?？招膱A柱偏振器6由聚合物偏振膜制成。通過在其上應用作為延伸光柵的變化的光柵，可以制造這種薄膜。尤其地，這個光柵是一系列三角形刻度。鋁涂層通過噴涂沉積在每個刻度的一個邊緣上。每毫米具有幾百或幾千個刻度的在聚合物薄膜上的這種光柵對紅外光譜具有偏振效應。此外，這個薄膜可以彎曲，同時依然保持其偏振性能。在偏振標記中，薄膜作為圓柱體乳制成空心圓柱偏振器6。在由光源7從內(nèi)部照明時，一部分光束穿過空心圓柱偏振器6的壁部，并且這種光束偏振，其中，徑向發(fā)出的光束的偏振向量的方向關于偏振標記5的虛軸軸向?qū)ΨQ。光柵刻度可以設置為沿著或者穿過圓柱軸，圍繞圓柱體。根據(jù)在圓柱體上的刻度的方向，偏振向量的方向關于偏振標記的虛軸在圓圈內(nèi)軸向?qū)ΨQ(圖3)或者偏振向量位于沿著這個軸相交的平面內(nèi)。對于要發(fā)出的偏振光束，不僅在偏振標記的旁邊，而且在覆蓋最大區(qū)域的偏振標記的前面，本發(fā)明使用透鏡和反射器陣列。為此，由光源7(圖4)發(fā)出的光束名義上分成兩段:在大約30°的孔徑斜率下沿著圓柱偏振器的虛軸定位的中心段12以及側(cè)段13。光源7(圖5)位于空心圓柱偏振器6的后面。在錐形凹透鏡9上引導由光源7發(fā)出的光。中心段的光束轉(zhuǎn)換成貝塞爾光束，并且這兩個段的孔徑斜率增大。在偏振器6的壁部上引導折射光束，具有鏡面狀內(nèi)表面的圓柱形反射器8放在壁部上。因此，穿過偏振器的光束落在反射器8上并且在偏振標記的前端的方向反射，負透鏡10安裝在其上。中心段的光束落在透鏡10上。這個透鏡10制造成圓柱形凹透鏡的形式。該透鏡通過這種方式折射光束，以便極端光束與圓柱偏振器6的虛軸相交，而側(cè)段的光束在外面穿過透明外殼11。
[0009]為了增大這兩個區(qū)段的發(fā)出光束的孔徑斜率，并且為了減小在發(fā)出的光束12和13之間的相鄰光束之間的‘盲區(qū)’，透明外殼11(圖6)制造成橫向彎曲，并且透鏡10制造成具有凹形錐面(選擇A)的平凸透鏡的形式。透鏡10的相反表面還可以制造成凹形，而負透鏡10制造成具有錐形凸凹鏡(選擇B)的形式。
[0010]在另一個選擇中，然后，穿過圓柱偏振器6的光束由安裝在圓柱偏振器6上的伸長的負錐形魚雷狀透鏡14(圖7)折射。在這種情況下，未使用圓柱形反射器。為了增大來自錐形凹透鏡9的光束的孔徑斜率，透鏡的平面可以制造成凸形。
[0011]偏振標記旨在用作由用戶操作的處理裝置。然而，為了將偏振標記的運動解譯成控制命令，必須識別偏振標記的方向和位置。這個任務由接收器I和與其連接的微處理器4履行。接收器I由放置工作平面2內(nèi)并且通過預定距離隔開的幾個偏振計3構(gòu)成。如果顯示器用作工作平面，那么將偏振計放在顯示器的周長周圍是切實可行的。在接收器內(nèi)的偏振計的最小數(shù)量是2。由2、3或4個交叉的光柵構(gòu)成的非冷卻的輻射熱測量計15 (圖8)可以用作偏振計。每個輻射熱測量計的光柵由具有幾微米的直徑的幾個平行的金屬線構(gòu)成。金屬線可以由鎳或鉑制成。發(fā)出的光將金屬線加熱，從而改變其電阻。眾所周知，相對于輻射熱測量計的方向的線性偏振入射波的電向量的方向影響其電阻的變化。因此，通過測量在所有光柵內(nèi)的電阻的相關變化，人們可以計算入射光的偏振方向。在偏振計內(nèi)的光柵越多，測量精度就越高。每個輻射熱測量計光柵連接至快速高靈敏度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器反過來連接至微處理器4。
[0012]使用一組線性偏振分析器，可以制造另一種類型的偏振計。每個分析器是二向色性線性偏振器。分析器彼此相鄰地放在一個平面內(nèi)，每個分析器的線性偏振的方向相對于其他方向轉(zhuǎn)動，例如，第一分析器16(圖9)的方位角是0°，第二分析器17的方位角是45°，第三分析器18的方位角是90°，并且第四分析器19的方位角是135°。光電探測器放在每個分析器之下。每個光電探測器連接至與微處理器4連接的快速高靈敏度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0013]此外，濾光器可以安裝在偏振計之上，用于由光源7發(fā)出的窄譜光的傳輸。為了在位于工作平面附近時，偏振計可以從偏振標記中接收光，彎月形‘魚眼’透鏡20尤其安裝在偏振計3(圖10)之上，視角不小于180°。如果偏振計3由一組分析器構(gòu)成，那么更加切實可行的是，將彎月形透鏡20安裝在每個分析器之上，以消除由聚焦或光電位移造成的任何變形。
[0014]此外，通過某個距離隔開并且連接至微處理器的至少兩個高速數(shù)碼相機可以安裝在接收器內(nèi)。彎月形‘魚眼’透鏡還安裝在數(shù)碼相機之上。除了彎月形透鏡以外，附加透鏡可以用于聚焦光。
[0015]通過以下方式實現(xiàn)使用偏振標記5的非接觸式控制方法。光源7在偏振標記5內(nèi)部打開并且開始通過預定頻率發(fā)出光脈沖。由光源7發(fā)出的紅外光穿過空心圓柱偏振器的壁部以及在偏振標記5內(nèi)的透鏡和反射器的系統(tǒng)，如上，并且出射光束線性偏振。徑向出射偏振標記的光束的偏振向量的方向關于偏振標記5的虛軸軸向?qū)ΨQ。對于用于覆蓋在偏振標記前面的區(qū)域的偏振光束，來自光源7的光束穿過空心圓柱偏振器6，部分光束由負透鏡10折射。
[0016]為了控制，然后，用戶在固定接收器I的工作平面2前面的空間內(nèi)移動偏振標記5。具有在接收器I的側(cè)邊上隔開并且固定的至少兩個偏振計3。來自偏振標記5的光落在偏振計3上。偏振計3使用線性偏振的差分測量的已知方法。偏振計3通過這種方式放置，以便偏振計允許沿著工作平面2確定偏振方向。來自偏振計的信號發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后，發(fā)送給微處理器4，其中，執(zhí)行最終處理。使用通過由光源7發(fā)出的窄譜光以及由已知脈沖頻率的光源7接收的信